JP5962656B2 - 密閉筺体 - Google Patents
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Description
そこで特許文献1(特開2002−181437)には、冷却装置の内部に設けられた発熱部が発生する熱を筐体の外表面に設けられた放熱部で冷却を行うこととした冷却装置が記載されている。この関連する冷却装置は、相変化を利用した沸騰冷却を用いることで、装置内部に設けられた発熱部で発生する熱を、筐体の外部に設けられた放熱部に伝える構成としている。
特許文献1に記載の冷却装置は、筐体の内部に様々な部品を設けており、故障や点検により交換する場合、装置全体の筐体を外す必要がある。また凝縮部は筐体の外表面に接して設けられており、凝縮部と沸騰部との密閉性を維持するためには、発熱部と沸騰部との接続を外す必要があった。
しかし、筐体を外すたびに熱熱体と沸騰部との接続を外すと、両者が十分な熱的接続がなされない場合、発熱体と沸騰部の熱抵抗が上昇してしまう。その結果、保守を行うたびに冷却性能が低下してしまうという問題があった。
本発明の目的は、上記課題を解決する密閉筺体を提供することである。
〔第1の実施形態〕本実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図1は本実施形態における密閉筺体1の断面図である。
〔構造の説明〕図1に示すように本実施形態における密閉筺体1は、容器2と、天板3と、冷却部10とを備えている。
容器2は、複数の開口部を備えており、内部に少なくとも1つの発熱体5を収容している。そして複数の開口部は、それぞれ複数の天板3で密閉されている。
開口部の少なくとも1つは、発熱体5が配置されている発熱領域上に設けられている。発熱領域の開口部を密閉する天板3は、発熱体5の冷却を行う冷却部10と接続している。
〔効果の説明〕本実施形態における密閉筺体1は、複数の開口部をそれぞれ密閉する天板3を備えている。そのため、発熱領域の開口部を密閉する天板3を取り外すことなく、他の天板3を取り外すことで、容器2内部の部品を検査や交換することができる。その結果、密閉筺体1の冷却性を低下させることなく保守を行うことができる。
〔第2の実施形態〕本実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図2(a)と図2(b)は本実施形態における密閉筺体1の断面図であり、図3は密閉筺体1の斜視図である。
〔構造の説明〕図2、図3に示すように、本実施形態における密閉筺体1は、容器2と、第1天板3と、第2天板4と、冷却部10とを備えている。なお冷却部10は、蒸発部6と接続管7と凝縮部8とで構成される。
容器2は、箱型形状であり、上面部に枠状部材9を設けている。容器2は、上面部に設けられた枠状部材9が複数の開口部を形成している。枠状部材9は、シリコーンゴムや発泡材などの機密性の高い材料で構成され、シールなどの接着材料により、容器2の上面部に貼り付けられて接続している。
本実施形態では、天板3を第1天板3と第2天板4とで区別して説明を行う。第1天板3と第2天板4はそれぞれ枠状部材9の開口部を覆うように配置されている。第1天板3と第2天板4は、外から水やほこりが入り込まないように、枠状部材9であるシリコーンゴムなどの樹脂材料と接着剤などを用いて圧着により接続することで、容器2の密閉構造を構成する。
容器2は、内部には冷却対象となる発熱体5と蒸発部6を収容している。第1天板3は蒸発部6と接続しており、第1天板3は発熱体5が配置されている発熱領域の上部の状部材9に設けられている。第2天板4は、発熱体5が配置されている発熱領域を除く領域の上部の枠状部材9に設けられている。なお第1天板3、第2天板4は、枠状部材9と接続することで容器2の密閉性が維持することができれば、複数に分割されていてもよい。
ここで容器2と第1天板3と第2天板4との接続について詳細に説明する。容器2の天板を構成する第1天板3と第2天板4とを互いに独立して取り外し可能な構造とした場合、第1天板3と第2天板4とを密着接続することができないため、容器2を密閉構造とすることができない。
そこで本実施形態における容器2は、上面部に少なくとも2つ以上の開口部を有する枠状部材9を設けている。(図3で密閉筺体1の斜視図では、開口部は3つ。)そして第1天板3と第2天板4は、互いに接続することなく枠状部材9を介して接続している。
その結果、第1天板3と第2天板4は、枠状部材9を介して容器2と接着剤を介して圧着して接続することで、容器2を密閉構造とすることができる。一方、第1天板3と第2天板4とは枠状部材9を介して接続しているが、互いに接続していない。そのため、第2天板4を独立して枠状部材9から取り外すことができる。
容器2は、金属板を板金により加工して形成してもよいし、別々に作成した金属板を組み立ててもよい。但し、別々に作成した金属板を組み立てる容器2を構成する場合、金属板のつなぎ目などの接続は、外から水やほこりが入り込まないように、シリコーンゴムなどの樹脂により封止した密閉構造とする。なお容器2の材質は、金属、鉄、ステンレスにより構成されているが、上記に限定されず他の材質でもよい。
発熱体5は、例えばCPUなど動作に伴い熱を発生させるものであれば特に限定されない。なお本実施形態では、発熱体5は基板11に実装されているが、容器2の底部に直接配置してもよい。発熱体5は、基板11と接続する面とは反対側の面である上面部において、熱伝導グリースなどの熱伝導性の高い接着剤を介して蒸発部6と熱的に接続している。
蒸発部6は、箱型形状であり内部に冷媒を備えている。本実施形態では、具体的な冷媒としてHFC(hydro fluorocarbon:ハイドロフルオロカーボン)や、HFE(hydro fluor ether:ハイドロフルオロエーテル)を用いているが、材料はこれに限定されない。なお蒸発部6は、下面部において発熱体5と熱的に接触しているため、冷媒は発熱体5が発生する熱を受熱し沸騰する。
蒸発部6は、上部に設けられた第1天板3と接続して固定されている。発熱体5が複数ある場合、発熱体5の種類により高さが異なる場合ある。そこで蒸発部6と第1天板3とをバネ12を介して接続してもよい。
詳細に説明すると図2(a)のように、ねじ15はバネ12の中心部に通り上方向から枠状部材9と接続している。なおバネ12は、ねじ15と第1天板3との間に設けられている。ねじ15を枠上部材9に螺合し、ねじ15と第1天板3との距離を縮めると、バネ12は下方向に設けられている第1天板3を押圧する。
蒸発部6は第1天板3と接触しているため、第1天板3がバネ12から押圧される力により、蒸発部6は下方向に設けられている発熱体5を押さえつける。その結果、蒸発部6と発熱体5との熱的な接続をより強くすることができる。なお図2(b)に示すように、ねじ15は枠状部材9ではなく、容器2の底面、もしくは基板10と接続してもよい。
また蒸発部6は、少なくとも2つの接続管7、7′と接続しており、それぞれの接続管7、7′は、凝縮部8と接続している。蒸発部6の材質は、銅やアルミなど熱伝導性が高い材質であれば特に限定されない。なお蒸発部6と接続管7、7′とが接続する位置は、容器2の密閉性を保つことができれば、容器2の外部、つまり第1天板3の上部でもよいし、容器2の内部でもよい。
接続管7、7′は、内層が金属層、外層が樹脂層で構成される2層構造、あるいは内層と外層とがともに金属層で構成される。
凝縮部8は、第1天板3上に設けられている。なお凝縮部8は、上端部において少なくとも1つの接続管7と、また下端部において少なくとも1つの接続管7′と接続している。なお接続管7は、蒸発部6において蒸発した冷媒の蒸気を凝縮部8に運び、接続管7′は凝縮部8で凝縮されて液化した冷媒を再び蒸発部6に運ぶ。なお凝縮部8の材質は、銅やアルミなど熱伝導性が高いものであれば特に限定されない。
容器2の内部に、発熱量の異なる複数の発熱体5を有している場合、それぞれ発熱領域の上部に設けられた第1天板3は、発熱量に応じた冷却性能を有する異なる冷却器を備えるとよい。このとき複数の凝縮部8の冷却性能は、発熱体5の発熱量に応じている。
凝縮部8は、上端部と接続している接続管7から冷媒の蒸気が凝縮部8に流入すると、蒸気は凝縮部8の中央部を経由して下端部に流れる。凝縮部8が外気などにより冷却されると、流入した蒸気を凝縮して液化させる。液化した冷媒は、下端部に接続した接続管7′を介して、蒸発部6に流れる。
〔作用の説明〕容器2の内部に設けられた蒸発部6は、下面部において基板11上に実装されている発熱体5と熱的に接触している。そのため、蒸発部6の内部に設けられた冷媒は、発熱体5が発する熱を受熱することで沸騰する。
蒸発部6内部の冷媒が沸騰することにより発生した蒸気は、気液の密度差による浮力によって、蒸発部6に接続している接続管7を介して容器2外部に設けられた凝縮部8に運ばれる。
凝縮部8に運ばれた冷媒の蒸気は、凝縮部8を上端部から下端部に流れるあいだ、外気と熱交換を行う。凝縮部8が冷却されることで、蒸発した冷媒は気体から液体に凝縮し、発熱体5で発生した熱を外気へ放熱する。
そして凝縮部8の下端部において液化した冷媒は、下端部に接続した接続管7′を介して蒸発部6に運ばれる。
上記の発熱体5の冷却方法では、蒸発部6と凝縮部8において冷媒を液体から気体に、また気体から液体に相変化させることで、発熱体5で発生した熱を外気へ放熱を行う。つまり蒸発部6において熱を吸収した冷媒は、気体となって凝縮部8へ移動するため、蒸発部6と凝縮部8との間では高い密閉性を維持する必要がある。
容器2の内部には、発熱体5以外にも様々な部品を内蔵しており、また内部の空気を循環させるファン(図示していない)なども設けている。それらの内蔵部品は、故障を発生した時たけでなく、定期的に検査や部品交換を行う必要がある。
しかし特許文献1に記載の冷却装置の場合、密閉筐体の内部に設けられた発熱体以外の部品を交換しようとする場合、筐体全体を外す必要がある。また凝縮部は筐体の外表面に接して設けられており、凝縮部と沸騰部との密閉性を維持するためには、発熱部と沸騰部との接続を外す必要があった。
筐体を外すたびに発熱部と沸騰部との接続を外すと、両者が十分な熱的接続がなされない場合があるため、発熱部と沸騰部との熱抵抗が上昇し、冷却性能が低下する問題があった。
そこで本実施形態における密閉筺体1は、複数の開口部を備えた容器2と、それぞれ開口部を密閉する第1天板3と第2天板4とを設けている。そして発熱体5と蒸発部6とが配置されている発熱領域の上部に設けられた第1天板3は、凝縮部8を設けている。また蒸発部6は第1天板3と接続しているが、第2天板4とは接続していない。
そして第1天板3と第2天板4とは直接に接続してないため、独立的に取り外しを行うことができる。その結果、第2天板4を取り外したとしても、発熱体5と蒸発部6との接続を外す必要がないため、冷却性能を低下させることなく、容器2内部の部品を検査や交換するなどの保守を行うことができる。
〔効果の説明〕次に、本実施形態における効果について説明する。
本実施形態における密閉筺体1は、複数の開口部を備えた箱型形状の容器2を備え、それぞれの開口部を密閉する第1天板3と第2天板4とを設けている。そして第1天板3と第2天板4とは、それぞれ枠状部材9を介して容器2と接続しており、互いに独立して取り外すことができる。
また第1天板3は、発熱体5と蒸発部6とが配置されている発熱領域の上部に設けられており、バネ12とねじ15とを介して蒸発部6と固定して接続している。換言すると、発熱体5、蒸発部6の上部には、第1天板3が設けられているが、それ以外の領域に、第2天板4を設けている。
上記構造により、第2天板4を取り外すことで、容器2の内部に設けられた発熱体5以外の部品の交換や、点検などを行うことができる。その結果、発熱体5と蒸発部6との接続関係を外す必要がないため、冷却性能を低下させることなく、容器2内部の部品を検査や交換するなどの保守を行うことができる。
〔第3の実施形態〕第3の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図4は本実施形態における密閉筺体1の断面図である。
〔構造の説明〕第2の実施形態と異なる点は、図4に示すように、接続管7′が蒸発部6の側面部に接続されていることである。それ以外の構造、接続関係は、第1の実施形態と同様であり密閉筺体1は、容器2と、第1天板3と、第2天板4と、凝縮部8とを備えている。
本実施形態における密閉筺体1の蒸発部6は、容器2の内部に設けられている。蒸発部6は、箱型形状であり内部に冷媒を備えている。そして蒸発部6は、下面部において発熱体5と熱的に接触しており、発熱体5が発生する熱により冷媒の沸騰を行い、上面部において第1天板3と接続し固定されている。
また蒸発部6は、少なくとも2つの接続管7、7′と接続しており、それぞれの接続管7、7′は、凝縮部8と接続している。接続管7、7′の材質は、金属層、もしくは内層が金属層、外層が樹脂層の2層構造で構成される。
蒸発部6と接続管7は、蒸発部6の上面部と接続している。蒸発部6と接続管7とが接続する位置は、容器2の外部つまり第1天板3の上部でもよいし、容器2の内部でもよい。
また蒸発部6と接続管7′は、容器2の内部にある蒸発部6の側面部と接続している。
なお接続管7′は、蒸発部6の側面部の中で冷媒の液面より十分低い位置で接続することが望ましい。
蒸発部6の上面部と接続している接続管7は、凝縮部8の上端部と接続している。また蒸発部6の側面部と接続している接続管7′は、凝縮部8の下端部と接続している。
〔作用・効果の説明〕次に、本実施形態における作用・効果について説明を行う。
本実施形態における密閉筺体1は、蒸発部6の上面部と凝縮部8の上端部とを接続する
接続管7と、蒸発部6の側面部と凝縮部8の下端部とを接続する接続管7′を設けている。
蒸発部6の内部に設けられた冷媒は、下面部において熱的に接続している発熱体5が発する熱を受熱することで沸騰する。そして冷媒が沸騰した蒸気は、気液の密度差による浮力により蒸発部6の上面に接続している接続管7を介して凝縮部8に運ばれる。
そして凝縮部8に運ばれた冷媒の蒸気は、凝縮部8を上端部から下端部に流れるあいだ、外気と熱交換する。凝縮部8全体が冷却されることで、蒸発した冷媒は気体から液体に凝縮し、発熱体5で発生した熱を外気へ放熱する。凝縮部8の下端部において液化した冷媒は、凝縮部8の下端部と接続する接続管7′を介して側面部から蒸発部6に運ばれる。
詳細に説明すると、蒸発部6において発熱体5が発する熱により蒸発する冷媒の蒸気は、浮力により上方向に移動するため、蒸発部6の上面部と接続している接続管7に運ばれるが、蒸発部6の側面部と接続する接続管7′には運ばれない。
つまり蒸発部6は、接続管7、7′との接続位置をそれぞれ変えることで、沸騰した冷媒の蒸気を凝縮部8に運ぶ接続管7と、凝縮部8で冷却されて液化した冷媒を蒸発部に再び運ぶ接続管7′とを区別することができる。
そのため蒸発した冷媒の蒸気が接続管7′に運ばれて逆流することを防ぐことができる。その結果、冷媒の蒸気は、接続管7を介して凝縮部8の上端部に運ばれ、凝縮部8の下端部と接続する接続管7′を介して側面部から蒸発部6に運ばれるという熱サイクルを維持することができる。その結果、発熱体5が発生する熱を効率よく放熱することができ、密閉筺体1の冷却性能を高めることができる。
〔第4の実施形態〕次に第3の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図5は本実施形態における密閉筺体1の断面図である。
〔構造の説明〕第2の実施形態と異なる点は、図5に示すように、第2天板4に放熱部13、13′を設けている点である。それ以外の構造、接続関係は、第1の実施形態と同様であり密閉筺体1は、容器2と、第1天板3と、第2天板4と、蒸発部6と、接続管7、7′と、凝縮部8とを備えている。
図5に示すように、本実施形態における密閉筺体1は、第2天板4の内面部、および外面部の少なくとも一方に凝縮部8とは冷却性能の異なる冷却部10である放熱部13、13′を設けている。なお放熱部13、13′は、フィン形状であり表面積が大きい。また放熱部13、13′の材質は、銅やアルミなど熱伝導性が高い材質であれば特に限定されない。
第2天板4の両面に放熱部13、13′を設ける場合、内面部に設けた放熱部13′と、外面部に設けた放熱部13は、第2天板4とを介して対向した位置に配置されていることが好ましい。なお第2天板4の内面部に設けられた放熱部13′と、外面部に設けられた放熱部13とは容器2を貫通する同様の部材、または熱伝導性が高い材質で直接接続していてもよい。
〔作用・効果の説明〕本実施形態における密閉筺体1は、第2天板4の外面部に放熱部13を設けることで、容器2内部の発熱体5以外の素子が発する熱を容器2を介して放熱部13に伝えて、容器2外部に効率よく放熱を行うことができる。
また第2天板4の内面部に放熱部13′に設けることで、容器2内で発熱体5が発する熱を、放熱部13′を介して効率よく容器2に伝え、放熱部13を介して外部に放熱を行うことができえる。
なお本実施形態における密閉筺体1によれば、冷却対象となる発熱体等の発熱量に応じた冷却性能を有する冷却部10である凝縮部8と放熱部13、13′が、それぞれ対向する天板に配置されている。冷却性能を低下させることなく向上させ、容器2内部の部品を検査や交換するなどの保守を行うことができる。
〔第5の実施形態〕次に第5の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図6は本実施形態における密閉筺体1の断面図であり、図7は密閉筺体1の斜視図である。
〔構造の説明〕第2の実施形態と異なる点は、図6、7に示すように、段差部14を設けて第1天板3と容器2の底面との距離を、第2天板4と容器2の底面より小さくする点である。それ以外の構造、接続関係は、第1の実施形態と同様であり密閉筺体1は、容器2と、第1天板3と、第2天板4と、発熱体5と、蒸発部6と、接続管7と、凝縮部8とを備えている。
容器2は、箱型形状であり、上面部に少なくとも2つの開口部を有する枠状部材9を設けている。第1天板3は、発熱体5、および蒸発部6の上部に位置する開口部を覆うように、枠状部材9上に配置される。また第2天板4は、その他の開口部を覆うように枠状部材9上に配置される。なお全ての開口は第1天板3、または第2天板4で覆われており、密閉筺体1は、密閉構造となっている。
第1天板3と第2天板4は、互いに接続することなく、枠状部材9を介して容器2と接続している。そのため第1天板3と第2天板4は、容器2の密閉性を維持することができ、また互いに接続していないため、それぞれ互いに独立して取り外すことができる。
ここで本実施形態において、発熱体5、および蒸発部6の上部に設けられた第1天板3と容器2の底面との距離は、第2天板4と容器2の底面との距離より小さい。つまり容器2の底面に対して、第1天板3の高さは、第2天板4の高さより低い。
詳細に説明すると枠状部材9は、発熱体5、および蒸発部6の上部に開口部を形成している部分において、段差部14を設けている。そして段差部14における低い部分、つまり段差部14と容器2の底面との距離が近い部分に、第1天板3を設けている。また段差部14における高い部分、つまり段差部14と容器2の底面との距離が遠い部分に、第2天板4を設けている。
〔作用・効果の説明〕本実施形態における密閉筺体1は、凝縮部8を容器2の外部である第1天板3上に配置している。そのため、冷却性能を向上させようとして、凝縮部8を大きくすると装置全体として高さが大きくなってしまい、装置の小型化の面で問題があった。
そこで本実施形態における密閉筺体1は、凝縮部8を設ける第1天板3の高さを、第2天板4の高さより低くした構造である。つまり、第1天板3と容器2の底面との距離が、第2天板4と容器2の底面との距離より小さい。そのため、第1天板3上に新たな空間を設けることができる。
密閉筺体1の放熱特性は、凝縮部8の表面積に起因する。そのため、第1天板3の高さが低くなっている大きさだけ、凝縮部8の表面積を大きくすることができる。その結果、密閉筺体1を大型化させることなく凝縮部8の高さを高くできるので、放熱特性を高めることができ、冷却性能を向上することができる。さらに、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、既に述べた本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
この出願は、2011年5月24日に出願された日本出願特願2011−116003を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
2 容器
3 第1天板
4 第2天板
5 発熱体
6 蒸発部
7 接続管
8 凝縮部
9 枠状部材
10 冷却部
11 基板
12 バネ
13 放熱部
14 段差部
15 ねじ
Claims (17)
- 複数の開口部を備え、少なくとも1つの発熱体を収容する容器と、前記開口部をそれぞれ密閉する複数の天板とを有し、前記開口部の少なくとも1つは前記発熱体が配置される発熱領域に配置され、前記発熱領域の前記開口部を密閉する前記天板と、前記発熱体を冷却する冷却部とが接続しており、
前記複数の天板は、凝縮部が配置されている天板と、前記凝縮部が配置されていない天板とを含むことを特徴とする密閉筺体。 - 前記複数の天板は、互いに独立して前記容器と接続していることを特徴とする請求項1に記載の密閉筺体。
- 前記容器と前記天板との間に枠状部材を備え、前記容器と前記複数の天板、およびそれぞれの前記複数の天板は前記枠状部材を介して接続していることを特徴とする請求項1又は2に記載の密閉筺体。
- 前記枠状部材は、シリコーンゴム、または発泡剤であることを特徴する請求項3に記載の密閉筺体。
- 前記冷却部は、前記発熱体と熱的に接続し、内部に冷媒を備える蒸発部と、前記冷媒を凝縮させる前記凝縮部と、前記蒸発部と前記凝縮部とを接続する少なくとも2つの接続管とを備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の密閉筺体。
- 少なくとも1つの前記接続管は、前記蒸発部と前記凝縮部の上部を接続し、少なくとも1つの前記接続管は、前記凝縮部の下部と前記蒸発部を接続することを特徴とする請求項5に記載の密閉筺体。
- 前記凝縮部の上部と接続する前記接続管は、前記蒸発部の上面部と接続し、前記凝縮部の下部と接続する前記接続管は、前記蒸発部の側面部と接続することを特徴とする請求項6に記載の密閉筺体。
- 前記凝縮部の上部と接続する前記接続管は、前記蒸発部において前記発熱体が発する熱により蒸発した前記冷媒の蒸気を前記凝縮部に運び、前記凝縮部の下部と接続する前記接続管は、前記凝縮部において液化された冷媒を前記蒸発部に運ぶことを特徴とする請求項6又は7に記載の密閉筺体。
- 前記複数の発熱領域の開口部を密閉する天板にそれぞれ配置された複数の冷却部を備え、前記冷却部は対応する発熱体の発熱量に応じた冷却性能を有することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の密閉筺体。
- 前記天板の内面部、あるいは外面部の少なくとも一方に放熱部を設けていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一項に記載の密閉筺体。
- 前記凝縮部が配置されている天板は、前記凝縮部が配置されていない天板より、前記容器の底面との距離が小さいことを特徴とする請求項5乃至10のいずれか一項に記載の密閉筺体。
- 前記蒸発部と前記天板とは、バネを介して接続していることを特徴とする請求項5乃至11のいずれか一項に記載の密閉筺体。
- 前記発熱体と前記蒸発部は、熱伝導グリースを介して接続していることを特徴とする請求項5乃至12のいずれか一項に記載の密閉筺体。
- 前記接続管は、内層が金属層であり外層が樹脂層、あるいは金属層のみで構成されることを特徴とする請求項5乃至13のいずれか一項に記載の密閉筺体。
- 前記蒸発部と前記接続管と前記凝縮部とは、密閉接続されていることを特徴とする請求項5乃至14のいずれか一項に記載の密閉筺体。
- 前記蒸発部、前記凝縮部の材質は、アルミニウム、あるいは銅であることを特徴とする請求項5乃至15のいずれか一項に記載の密閉筺体。
- 前記冷媒は、ハイドロフルオロカーボン、あるいはハイドロフルオロエーテルであることを特徴とする請求項5乃至16のいずれか一項に記載の密閉筺体。
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